Gün öncesi çok amaçlı reaktif güç optimizasyonu

Abstract

Transmission system operators (TSOs) need to control voltages along the grid to have an economic and reliable system operation. The coordination between the voltage setpoints of power plants, transformer tap positions and switching of shunt elements may be defined as an optimum reactive dispatch problem. This thesis aims to develop an efficient algorithm for the optimum reactive power dispatch problem. The main objective of this problem is the minimization of transmission losses. Due to operational costs of switching equipment of shunt elements and transformer tap changers, TSOs also expect the number of switching of these devices to be minimized. In this study, the minimization of switching of shunt elements and transformer tap changes are included in the objective function. Hence, the problem is formulated as a multi-period and multi-objective optimization problem. The optimum reactive power dispatch problem is a nonlinear and non-convex optimization problem due to the nonlinear power balance constraints. In addition, since the switch statuses of shunt elements and transformer tap positions are integer variables, the problem becomes a mixed integer nonlinear optimization problem (MINLP). Execution time for MINLP problems for large systems become impractical. Moreover, there is no guarantee for convergence. The main difficulty is the integer variables. Hence, in the first stage of the algorithm, the switch statuses of the shunt elements will be determined. Although the transformer tap variables are integer variables, these variables can be linearized without any practical loss of information. In the second stage of the algorithm the problem becomes a nonlinear optimization problem which can be solved using nonlinear interior point algorithm. The developed algorithm has been tested on IEEE 118 bus test network and convergence performance and execution time of the algorithm is considered as applicable for day ahead reactive power optimization.İletim sistem operatörleri ekonomik ve güvenli bir sistem işletmesi için şebekede gerilimleri kontrol etme ihtiyacı duymaktadır. Santral gerilim ayar değerleri, trafo kademe değerleri ve şönt ekipman anahtarlamalarının koordinasyonu bir optimum reaktif güç tevzi problemi olarak tanımlanabilir. Bu tez, optimum reaktif güç tevzi problemi için bir etkin bir algoritma geliştirmeyi amaçlamaktadır. Bu problemin temel amacı iletim kayıplarının en aza indirilmesidir. Şönt elemanların anahtarlama ekipmanlarının ve trafo kademe değiştiricilerinin işletme maliyetleri nedeniyle, iletim sistemi operatörleri bu cihazların anahtarlama sayısının en aza indirilmesini beklemektedir. Bu çalışmada şönt elemanların anahtarlama sayıları ve trafo kademe değişimlerinin en aza indirilmesi amaç fonksiyonuna dahil edilmiştir. Bu nedenle, problem, çok dönemli ve çok amaçlı bir optimizasyon problemi olarak formüle edilmiştir. Optimum reaktif güç tevzi problemi, doğrusal olmayan güç dengesi kısıtları nedeniyle doğrusal olmayan ve dışbükey olmayan bir optimizasyon problemidir. Ayrıca, şönt elemanlarının anahtarlama durumları ve trafo kademe konumlarının tamsayı değişkenler olması sebebiyle, problem karışık tam sayılı doğrusal olmayan bir optimizasyon problem (MINLP) haline gelmektedir. Büyük sistemler için MINLP problemlerinin çözüm süresi uygulanamaz hale gelmektedir. Ayrıca, problemin yakınsama garantisi de olmamaktadır. Bu problemlerde başlıca zorluk tamsayı değişkenlerdir. Bu nedenle, ilk aşamada şönt elemanlarının anahtarlama durumları belirlenecektir. Trafo kademe değişkenleri tamsayı olmasına rağmen, bu değişkenler herhangi bir pratik bilgi kaybı olmadan doğrusallaştırılabilir. İkinci aşamada, problem interior point algoritması ile çözülebilen bir optimizasyon problemi haline gelir. Geliştirilen algoritma IEEE 118 bara test şebekesinde test edilmiş ve algoritmanın yakınsama performansı ve yürütme süresi, gün öncesi reaktif güç optimizasyonu için uygulanabilir olarak kabul edilmiştir.Ph.D. - Doctoral Progra